Physikversuche fuer Schulklassen 7 bis 10

Quellen/Geschichte

Hier werden Quellen angegeben und ein geschichtlicher Überblick wird geliefert.

Quellen

Abenteuer Wissen. Natur- Wissenschaften, Kaleidoskop Buch im Christian Verlag 2005. US-Originalausgabe: Time Life Inc., 2000. ( Aus dem Amerikanischen ). Weltbild Plus, € 6,95.
Lincoln Barnett: Einstein und das Universum. S. Fischer Verlag. Frankfurt a. M., 1951. ( Aus dem Amerikanischen ).

Das große Buch der Physik. Genehmigte Sonderausgabe, Compact Verlag, München, 2006 ?, 544 Seiten, ca. € 5,00

Duden, SMS Schnell-Merk-System, Physik. 5. bis 10. Klasse. Brockhaus AG, Mannheim und PAETEC, Berlin, 2003.
Erlebnis Physik 3. Ein Lehr- und Arbeitsbuch 9./10. Schuljahr. Dieter Cieplik. Schroedel, 2004.
Grosses Handbuch Mathematik Physik Chemie, Buch und Zeit Verlagsgesellschaft, Köln 2005, 1136 Seiten, ca. € 6,00.

Artur Klein: Die faszinierende Welt der Physik. Niedernhausen/ Ts. : Bassermann, 1990 ( Bassermann-Sachbuch )/ ( Aus dem Spanischen ).
mentor Grundwissen Physik bis zur 10. Klasse. Alle wichtigen Themen. mentor Verlag, München, 2003.
Hier findest Du anschauliche Darstellungen und verständliche Illustrationen des Stoffes. Gelungen!
Physik, Basiswissen für die Schule, Dr. Frank Boes. Corvus Verlag, Berlin 2000.
Schülerduden Physik 3. und 5., neu bearbeitete Auflage. Dudenverlag. Mannheim, 1995/2004.
Alan J. Slavin: A Brief History and Philosophy of Physics. Department of Physics, Trent University, June 2001. ( Auf englisch ).

Der auf englisch geschriebene 21- seitige Aufsatz verdeutlicht die Geschichte der Physik, so wie wir sie in der westlichen Welt sehen. Da Slavin die Gedanken zusammen mit seiner Partnerin Linda erarbeitet hat, kommen auch einige für die "männliche Welt" unerfreuliche Aussagen zum Vorschein. Mit Slavin siehst Du wieder einmal mehr, was das Web an Sachwissen ( Sahnestückchen ) für die internationale Gemeinschaft bereithält.

Tessloffs Schülerduden Physik. Tessloff Verlag, 2003. ( Aus dem Englischen ).
umwelt: physik. Ausgabe B. Ein Lern- und Arbeitsbuch. Ernst Klett Verlag, Stuttgart, 1997. Nachdruck 2005.
Welt der Wissenschaft, Parragon Queen Street House, UK, 2004. ( Aus dem Englischen ).

In diesem Werk geht es um Physik, aber auch Chemie und Biologie. Die vier Autoren bieten Euch eine Fundgrube des Wissens. Da ist ein übersichtliches Inhaltsverzeichnis. Der wissenswerte Inhalt wird in kleinen Häppchen vermittelt, die Abbildungen sind nicht nur informativ, sondern auch "ästhetisch schön", die Darstellung des geschichtlichen Hintergrunds ist angemessen und spannend geschrieben. Das Format ist DIN A4 und der Preis beträgt etwa 8 Euro. Wahrscheinlich ist das Druckwerk noch zu haben. Ihr würdet dieses Buch mögen!

Geschichte der Physik für die Klassen 7 bis 10.

Ampère	Coulomb	Einstein	Evolution
Fahrenheit	von Guericke	Huygens	Kopernikus
Leukipp	Maxwell	Mayer	Mendelejew
Newton	Oersted	Roentgen	Rutherford

Die Vorstellung, dass alle Stoffe aus unveränderlichen, unteilbaren Elementen bestehen, geht auf die antike Naturphilosophie zurück. Leukipp um 460 v.Chr., sein Schüler Demokrit ( 460-375 v.Chr. ) und später Epikur etwa ( 341-270 v. Chr. ) haben vermutet, dass die Welt und alles darin aus kleinen Teilchen besteht. Diese kleinen Teilchen können wir mit unserem Auge nicht sehen. Damit erahnten sie als erste den Gedanken des Atoms. Diese Idee wurde von Dalton vertieft. Dieser begründete später die moderne chemische Atomistik.

Archimedes ( 285-212 v. Chr. ) stellte fest, dass ein Körper unter Wasser leichter ist als außerhalb. Ein Körper verliert scheinbar an Gewicht, wenn er in Wasser eintaucht. Körper erfahren in Wasser einen Auftrieb. Der Auftrieb eines Körpers in Wasser ist gleich dem Gewicht der von ihm verdrängten Flüssigkeit.

Archimedes löste physikalische Probleme bereits mithilfe mathematischer Formulierungen.

Bei der Eroberung von Syrakus durch die Römer wurde Archimedes von einem Soldaten erschlagen.

Schon Aristoteles ( 384-322 v. Chr. ) setzte sich mit den Grundfragen der Physik auseinander. Aristoteles versuchte darzustellen, "warum" Sachen so passieren wie sie passieren. Die Schriften des Aristoteles hatten später auch großen Einfluss auf die Beschreibung der Naturvorgänge im Mittelalter. Man fragte damals noch nicht so sehr danach, ob es richtig sei, was man lehrte. So vertrat Aristoteles die Lehrmeinung, dass im Himmel andere Gesetze gelten als auf der Erde. Er glaubte an die vier erdnahen Elemente: Erde, Wasser, Luft und Feuer. Jedes dieser Elemente nahm einen natürlichen Platz gemäß seinem Gewicht ein. Die Erde als das schwerste Element "wollte" der Mittelpunkt des Universums sein. Wasser lag über der Erde und Luft schwebte noch darüber. Aber über allem lag das Feuer. Feste Körper fielen demnach zu Boden, weil sie aus irdischem Material bestehen und deren natürlicher Platz die Erde, der Mittelpunkt der Welt war. Aus der damaligen Sicht der gebildeten Griechen ist ihm sicherlich zugestimmt worden. Sie haben diese Auffassungen als wahr angenommen.

Nikolaus Kopernikus ( 1473-1543 ) schlug eine Theorie vor, nach der sich die Erde und andere Planeten um die Sonne drehen. Seine Idee war seinerzeit so revolutionär, dass Kopernikus erst auf dem Sterbebett eine Veröffentlichung wagte.

Giordano Bruno ( 1548-1600 ) erweiterte die Lehren des Kopernikus zum Weltbild. Er lehrte eine unendliche, von einer göttlichen Urkraft beseelte, harmonisch geordnete Vielheit von Welten. Er sah eine Lebenseinheit von Gott und der Allheit der Dinge. Weil er diese Überzeugung, die der kirchlichen Lehrmeinung widersprach, nicht zurücknahm, fand er den Tod als Ketzer auf dem Scheiterhaufen in Rom.

Johannes Kepler ( 1571-1630 ) glaubte wie Kopernikus, dass die Erde und die anderen Planeten um die Sonne kreisen. Er berechnete die Umlaufbahnen der Erde und die der anderen Planeten. Kepler fand die drei Gesetze der Planetenbewegung, die nach ihm benannt sind. Mit Astrologie hat Kepler nicht nur seine Kasse aufgebessert, damit hat er seinen Lebensunterhalt verdient. Die Astrologie nicht sein Genie diente ihm zum Überleben.

Während der Völkerwanderung und der darauf folgenden unruhigen Zeiten ging bei uns alles verloren, was die Griechen und Römer an naturwissenschaftlichen Kenntnissen besessen hatten. Etwa um das Jahr 1000 setzte eine Wiederentdeckung und Weiterentwicklung der Physik ein. Über diesen Umweg wurde in Europa nach einem Jahrtausend wieder bekannt, was die Griechen von der Natur längst wussten.

Galileo Galilei ( 1564-1642 ) beobachtete als Erster den Himmel mit einem Teleskop, das er nach der Beschreibung anderer nachgebaut hatte. Er sah als Erster Berge auf dem Mond, die Monde des Jupiter und Sonnenflecken. Auch entdeckte er viele Geheimnisse von Schwerkraft (Gravitation) und Beschleunigung. Im Gegensatz zu Aristoteles versuchte Galilei zu erklären, "wie" die Dinge passieren. Er verließ sich dabei auf das Experimentieren, um die "Wahrheit" herauszufinden. So wies Galilei experimentell nach, dass alle Körper mit der gleichen Geschwindigkeit fallen, wenn das Ganze in einem (künstlichen) luftleeren Raum geschieht. Wegen seiner Unterstützung der Ideen des Kopernikus sah die damalige katholische Kirche in Galilei eine Bedrohung. Er wurde als Ketzer angeklagt. Angesichts des Todes widerrief Galilei deshalb mit 68 Jahren seine Theorien. Auf diese Weise konnte er der Folter und Hinrichtung entgehen.

Isaac Newton ( 1642-1727 ) verdanken wir u. a. die drei Axiome der Mechanik und das Gesetz der Gravitation. Das letztere erklärt, welche Kräfte die Monde und Planeten auf ihre Umlaufbahnen zwingen. Newton fand heraus, dass sich alle Körper gegenseitig anziehen. Dieses Gesetz ist allumfassend. Es beeinflusst alles im Universum: Atome, Wasser, Erde, Sonne, Mond und Sterne. Die Gravitation, auch Schwerkraft genannt, ist eine Eigenschaft jeder Materie. Sie hat nichts mit elektrischen und magnetischen Kräften zu tun.
Newton, der im englischen Cambridge die Wissenschaft erlernte, hat Ideen von Galilei aufgegriffen und fortgeführt. Newtons Entdeckungen haben zu einem damals neuen mechanischen Weltbild von Kräften, Druck und Gegendruck, Spannungen, Schwingungen und Wellen geführt. In der Neuzeit geriet das gesamte Gebäude der mechanistischen Newtonschen Vorstellungen ins Wanken. Es zeigte sich, dass es aber unter alltäglichen Bedingungen seine Gültigkeit behält. Bis zum Jahre 1900 waren die drei Axiome Newtons die einzige Grundlage für die damalige Mechanik und die unterschiedlichsten Phänomene.

Parallel zu Newton entwickelte Gottfried Wilhelm Leibniz ( 1646-1716 ) die Integralrechnung und Differenzialrechnung. Er perfektionierte Pascals Rechenmaschine. Woraufhin diese die vier Grundrechenarten Addition, Subtraktion, Multiplikation und Division beherrschte. Leibniz war wie Newton ein universal gebildeter Gelehrter seiner Zeit. Er entfaltete auch als Philosoph eine vielseitige Tätigkeit. So kam er damals zu der Überzeugung, dass alle Eigenschaften der uns umgebenden Welt nur in unserem Bewusstsein existiere. Sie sind ein Bauwerk menschlicher Sinne. Ähnliche und verwandte Ideen wurden später in Einsteins Relativitätstheorie wieder aufgegriffen und entwickelt und gelangten dort zu Bedeutung.
Eine Zusammenarbeit und ein Gedankenaustausch, wie es heute möglich wäre, fand zwischen den beiden Universalgelehrten, Newton und Leibniz, seinerzeit nicht statt.

Christiaan Huygens ( 1629-1695 ) entdeckte die Ringe des Saturn. Er wandte Galileis Forschungsergebnisse über das Pendel auf die Zeitmessung an. Huygens entwickelte damit die erste genau gehende Pendeluhr. Im Jahr 1678 entwickelte er eine Theorie nach der sich Licht in Wellenform ausbreitet. Auch wenn seine Vorstellungen teilweise widerlegt wurden, so regte seine Arbeit andere an und seine Grundidee half bei der Erforschung des Lichts weiter. Im Gegensatz zu Huygens entwickelte Newton ein Teilchenmodell des Lichts. Newton ( original übersetzt ): "Man kann sich das Licht auch als Teilchen vorstellen". Diese Teilchen durchfliegen den Raum mit großer Geschwindigkeit und breiten sich geradlinig aus. In der modernen Physik haben beide Theorien je nach den Gegebenheiten ihre eigene Berechtigung.

Zusammen mit Willebrord Snellius ( 1580-1626 ) und René Descartes ( 1596-1650 ) baute Huygens die Optik aus. Snellius untersuchte die Lichtbrechung. Er entdeckte, dass jedes Material das Licht anders bricht. Je stärker die Brechung, desto größer ist auch sein Brechungsindex.
Descartes machte sich Gedanken darüber, was wir überhaupt wissen oder glauben zu wissen. Später wird er von der Nachwelt als erster kritischer und systematischer Denker der Neuzeit anerkannt.

Newton hat auch auf weiteren Gebieten der Optik geforscht. Dazu gehörten Untersuchungen der Lichtbrechung und der Spektralfarben und deren Berechnung. Mit seinem Spiegelteleskop konnte Newton die Jupitermonde entdecken.
Robert Hooke ( 1635-1703 ) nahm an, dass das Licht aus Energiewellen besteht. Er verbesserte ein Lichtmikroskop, was dem heutigen schon sehr ähnlich ist. Es hatte damals schon eine Objektivlinse und eine Okularlinse (Lupe). Mit diesem Mikroskop entdeckte Hooke die Poren der menschlichen Haut. Auch Pflanzenzellen hat er damit untersucht. Uns ist Hooke heute vor allem durch das Hookesche Gesetz bekannt. Dieses sagt etwas darüber aus, wie eine Metallfeder potentielle Energie speichert, wenn man sie auseinander zieht.

Otto von Guericke ( 1602-1686 ) saugte mit einer Luftpumpe zwei Halbkugeln aus Kupfer so gut wie luftleer. Der äußere Luftdruck presste diese daraufhin so stark zusammen, dass sie auch durch die Zugkraft von 16 Pferden nicht auseinander gerissen werden konnten. Sie fielen aber von selbst auseinander, sobald die Luft im Inneren eingeströmt war. Jahrhunderte lang vertrat man die Ansicht, dass es in der Natur kein Vakuum geben könne. Nach den mittelalterlichen Vorstellungen dulde die Natur nämlich keinen leeren Raum. Die Natur habe einen Schrecken vor dem Leeren. Otto von Guericke diente über 30 Jahre in Magdeburg als Bürgermeister. Im Jahre 1681 zog er nach Hamburg, wo er dann 1686 starb.

Etwa zur selben Zeit maß Evangelista Torricelli ( 1608-1647 ) den Luftdruck, er erzeugte ein Vakuum und erfand das Quecksilber-Thermometer. Blaise Pascal ( 1623-1662 ) maß die Abnahme des Luftdrucks mit der Höhe. Er zeigte außerdem, dass von einem Gefäß umschlossene Gase oder Flüssigkeiten mit gleichem Druck in alle Richtungen nach außen pressen. Und bei einer hydraulischen Presse wird der Druck eines kleinen Druckkolbens in den vielfachen Druck des großen Presskolbens umgewandelt.
Zusätzlich erfand Pascal vor mehr als 300 Jahren, etwa im Jahre 1645, die erste Rechenmaschine. Sie konnte "nur" zusammenzählen und abziehen.

An die Entdeckung von Guericke schloss sich die Untersuchung der Beziehung zwischen Druck und Volumen durch Robert Boyle ( 1627-1691 ) und Edme Mariotte ( 1620-1684 ) an. Boyle entdeckte, dass bei gleich bleibender Temperatur der Druck eines Gases im umgekehrten Verhältnis zu seinem Volumen steht. Presst man also ein Gas auf die Hälfte seines Volumens zusammen, dann verdoppelt sich sein Druck. Auch Mariotte fand dieses Gesetz unabhängig von Boyle 14 Jahre später.

Gegen Ende des Jahrhunderts entdeckte Denis Papin ( 1647-1712 ) die Wirkung des Dampfdrucks und schuf damit die erste Voraussetzung zur Erfindung der Dampfmaschine. Für seine Dampfmaschine fand er bei seinen Mitmenschen seinerzeit keine Unterstützung. Seine Familie und er gerieten in Not. Wahrscheinlich ist Papin 1712 gestorben.

Dampfmaschinen arbeiten mit Wasser. Kohle liefert die nötige Energie. Das Wasser wird erhitzt. Der Wasserdampf erzeugt Druck in einem Zylinder. Der Druck setzt Kolben und Stange in Bewegung. Diese bringt dann die Räder einer Maschine zum Laufen.

Die ersten Thermometer wurden in Florenz von Schülern Galileis um 1650 angefertigt. Der Glasbläser Daniel Gabriel Fahrenheit ( 1668-1736 ) war der Erste, der sie handwerksmäßig mit einer von ihm ersonnenen Eichung herstellte. Er erkannte, dass sich Quecksilber gleichmäßiger ausdehnt als Alkohol. Fahrenheit setzte das Thermometer auch zur Höhenmessung ein. Er stellte zudem ausgezeichnete Barometer und damals neuartige Aräometer her.

Aräometer sind Geräte zur Bestimmung des spezifischen Gewichts von Flüssigkeiten. Dabei wird die Eintauchtiefe des Geräts in die Flüssigkeit abgelesen. Aräometer werden auch Senkwaagen genannt.

Anders Celsius ( 1701-1744 ) führte eine eigene Temperaturskala ein. Celsius hatte selbst 100 Grad für den Eispunkt und 0 Grad für den Siedepunkt des Wassers vorgeschlagen! Der Botaniker Linne kehrte als erster diese Einteilung der Skala um. So wurden die heute gebräuchlichen Fixpunkte des Thermometers festgelegt.

René-Antoine Réaumur ( 1683-1757 ) erfand ein Thermometer mit einer 80 Grad-Skala. Bei dieser liegt der Gefrierpunkt bei 0 Grad und der Siedepunkt bei 80 Grad.

Die Wärmemenge zu messen, lehrte als erster der Schotte Joseph Black ( 1728-1799 ). Bei seinen Versuchen ging er von der Wärmemenge aus, die erforderlich ist, um die Temperatur eines Körpers um einen Grad zu erhöhen. Diese Wärmemenge nennen wir heute die spezifische Wärme oder die spezifische Wärmekapazität.

Julius Robert Mayer ( 1814-1878 ) leitete 1842 aus einem medizinischen Befund die Vorstellung ab, dass mechanische Arbeit und Wärme miteinander verwandt seien. Sie können sogar vollständig ineinander umgewandelt werden. Auf diese Weise formulierte Mayer den Satz von der Erhaltung der Energie. Das ist der 1. Hauptsatz der Wärmelehre.
Lange musste Mayer um die Anerkennung seiner Forschungsergebnisse kämpfen. Selbst als James Prescott Joule ( 1818-1889 ), der Begründer der Wärmelehre, Mayers Überlegungen bestätigte, wurden seine Leistungen nicht beachtet. Joule selbst kam bei seinen Versuchen zu der bedeutenden Ansicht, dass Wärme kein Stoff, sondern als die Energie der bewegten Teilchen eines Körpers anzusehen ist.

Nicolas Léonard Sadi Carnot (1796-183 ) fand heraus, dass Wärme nicht von selbst von einem kälteren auf einen wärmeren Körper übergehen kann. Diese Erkenntnis nennen wir heute den 2. Hauptsatz der Thermodynamik.

Zu der bisher erwähnten Entwicklung trug Rudolf Julius Emanuel Clausius ( 1822-1888 ) entscheidend bei. Er fasste den Entropiebegriff. Clausius erkannte, dass ein spontan in der Natur ablaufender Prozess mit einem Anwachsen der Entropie verbunden ist. Die Entropie nimmt also ständig zu. Clausius ist ziemlich unbeeinflusst von seinen geistigen Vorgängern zu dieser Entdeckung gelangt. Die quantitative Formulierung des 2. Hauptsatzes führte dann zu einer für alle Vorgänge und alle Zeiten endgültigen Fassung. Die Hauptsätze der Thermodynamik und die drei newtonschen Axiome bilden die gemeinsame Grundlage zum Verständnis der klassischen Wärme-Physik. Sie sind von großer Bedeutung.

Ein Mitbegründer von kinetischer Gastheorie, Thermodynamik und statistischer Physik ist Ludwig Boltzmann ( 1844-1906 ). Nach ihm ist die Boltzmann- Konstante genannt. Sie hat das Formelzeichen "k" und ist der Umrechnungsfaktor zwischen der absoluten Temperatur in Kelvin und der Energie in Joule. Boltzmann deutete die Entropie als ein Maß für die Unordnung eines Systems. Nachfolger Boltzmanns haben auf dieser Grundlage aufbauend später die Quantenmechanik zur Quantenstatistik ausgebaut.

James Clerk Maxwell ( 1831-1879 ) erforschte die Beziehung zwischen Elektrizität und Magnetismus. Seine Berechnungen zeigten, dass sich elektromagnetische Wellen mit Lichtgeschwindigkeit ausbreiten. Er schloss daraus, dass auch Licht aus elektromagnetischen Wellen bestehen muss. Seine Ideen konnten von ihm sogar mathematisch untermauert werden. Er verdeutlichte die Merkmale von Licht auf mathematischem Wege. Maxwell vereinigte Elektrizität und Magnetismus zu einer elektromagnetischen Theorie des Lichts. Alle bekannten elektrischen und magnetischen Phänomene werden durch ( nur vier ) Gleichungen genauestens beschrieben. Im Jahre 1861 gelang Maxwell die erste Farbfotografie. Er lichtete ein Stück Schottentuch ab.

Noch vor Maxwell hatte Thomas Young ( 1773-1829 ) die Wellenlänge des Lichts berechnet. Er fand auch heraus, wie sich Wellen überlagern oder stören. Das bezeichnen wir als Interferenz. Fresnel ( 1788-1827 ) vollendete die Wellentheorie des Lichts auf mathematischer Grundlage. Fresnel verband die huygenschen Wellen-Betrachtungen des Lichts mit den Interferenz-Überlegungen zur Überlagerung gleichartiger Wellen.

Heinrich Hertz ( 1857-1894 ) wies im Jahre 1887 als erster experimentell die von Faraday und Maxwell vermutete Gleichartigkeit der elektromagnetischen Wellen mit den Lichtwellen nach. Hertz war auch der erste Experimentator, der in einem Laborversuch Funkwellen erzeugte. Die Einheit für die Frequenz ist nach ihm benannt. Wir verwenden sie für Schallwellen, aber auch für Funkwellen, Lichtwellen und andere Wellen.

Im Jahre 2007 wurde für Heinrich Hertz in Hamburg, seiner Geburtsstadt, eine Gedenktafel eingeweiht.

Hans Christian Oersted ( 1777-1851 ) entdeckte im Jahre 1820, dass ein stromdurchflossener Draht eine Kompassnadel ablenken kann. Damit erkannte Oersted, dass der fließende Strom Magnetismus erzeugt. Er war der Erste, der diesen elektromagnetischen Effekt entdeckte. Damit wurde die Voraussetzung geschaffen, um später Elektromotoren konstruieren zu können. Vor allem Ampere baute Oersteds Ideen dann weiter aus. Oersted setzte sich für die Verbreitung wissenschaftlicher Erkenntnisse ein. Auch gründete und förderte er Schulen. In den USA werden Lehrer mit der Oersted- Medaille für herausragende Leistungen im Physikunterricht ausgezeichnet.

Begonnen hatte die Erforschung der Wirkungen des elektrischen Stromes u. a. durch den italienischen Arzt und Naturforscher Luigi Galvani ( 1773-1798 ). Dieser entdeckte bei Versuchen mit Froschschenkeln das nach ihm benannte galvanische Element. Als galvanisches Element bezeichnet man heute eine Stromquelle, deren elektrische Energie aus chemischen Umsetzungen gewonnen wird.

Ein Landsmann von Galvani gab im Jahre 1794 die geeignete Erklärung für Galvanis Versuch: Alessandro Volta ( 1745-1827 ) fand heraus, dass zwischen zwei Leitern wie Metall oder Kohle, die durch einen Elektrolyten getrennt sind, stets eine elektrische Spannung entsteht. Die nach ihrem Erfinder benannte Zelle liefert im Gegensatz zu einer Funkenentladung einen fließenden Strom. Diese voltaische Zelle nennen wir heute Batterie. Damit war zum ersten Mal eine verlässliche Quelle für den elektrischen Strom verfügbar. Zudem entstanden durch diese Erkenntnisse neue Forschungsrichtungen, die viele weitere Erfindungen nach sich zogen.

Ein Elektrolyt ist eine Verbindung, die in Wasser geschmolzen oder gelöst, Strom leitet.

Humphry Davy ( 1778-1829 ) untersuchte Säuren und Basen. Er mischte diese und ermittelte die entstehenden Reaktionsergebnisse. So half er die Elektrochemie zu entwickeln. Diese ist ein Teilgebiet der physikalischen Chemie. In der Elektrochemie werden die Wechselwirkungen von chemischer und elektrischer Energie erkundet. Chemische Verbindungen lassen sich z.B. durch elektrischen Strom zersetzen.
Im Jahre 1815 erfand Davy eine Sicherheitslampe für Bergleute. Sie gibt Licht in Kohlebergwerken, ohne dabei explosives Gas zu bilden. Diese Grubenlampe schützt den Bergmann gegen Schlagwetter-Explosionen.

Seit der Forschungstätigkeit von Charles Auguste Coulomb ( 1736-1806 ) wurden in der Elektrizität große Fortschritte erreicht; denn bis dahin war die Elektrizität nur "Ausstellungsobjekt" gewesen. Coulomb studierte die Anziehung und Abstoßung von Magneten und Körpern mit elektrostatischer Ladung. Er erfand eine Drehwaage mit deren Hilfe man geringe Kräfte exakt messen konnte. Das gelang durch ein sich drehendes Drahtstück. Außerdem ermittelte Coulomb ein Gesetz, wonach Magnetkräfte proportional zum Quadrat des Abstandes zwischen zwei magnetischen Objekten abnehmen. Dieses Gesetz gilt gleichermaßen auch für elektrische Kräfte.

Andre Marie Ampère ( 1775-1836 ) griff die Betrachtungen von Coulomb auf. Er stellte fest, dass die Stärke eines Magnetfeldes um einen Draht herum von der Menge des durch den Draht fließenden elektrischen Stroms abhängt. Auch vom Abstand zum Draht ist dieses Magnetfeld abhängig. Bei seinen Experimenten kam Ampere auf die Idee, einen Draht zu einer Spule zu wickeln. Ampere konnte damit die magnetische Kraft erhöhen. Außerdem hat Ampere die Stromrichtung in der Weise festgelegt, wie wir sie heute noch gebrauchen.

Georg Simon Ohm ( 1798-1854 ) fand einige Jahre später im Jahre 1826 das nach ihm genannte Grundgesetz der Elektrotechnik. Auch die Bedeutung dieses Gesetzes wurde erst allmählich erkannt. Ohm bewies, dass sich selbst die besten Leiter dem Stromfluss bis zu einem gewissen Grad widersetzen. Nach ihm heißt das Maß für den elektrischen Widerstand "Ohm". Das Ohmsche Gesetz besagt, dass die Stromstärke in Ampere proportional zur Spannung in Volt ist:

"Volt = Ampere mal Ohm".

Die wissenschaftliche Anerkennung für seine Leistung blieb Ohm lange verwehrt. Erst als in Frankreich Forscher herausfinden, was Ohm schon vorher entdeckt hatte, erkennt man die praktische Bedeutung seiner Entdeckung auch in Deutschland. Im Jahre 1841 erhält der inzwischen 52-jährige Ohm von der Londoner wissenschaftlichen Gesellschaft die goldene Copley- Medaille.

Ausschlaggebend für die weitere inzwischen viel versprechende Entwicklung der Elektrizität waren die Überlegungen von Michael Faraday ( 1791-1867 ). Er erkannte die Bedeutung des elektrischen und magnetischen Feldes. Die "Feldvorstellung" sollte sich später als eines der mächtigsten Konzepte für die moderne Physik erweisen. Eine seiner weiteren Beobachtungen war die des induzierten Stroms im Jahre 1851. Eine Betrachtung, welche 35 Jahre später Werner von Siemens ( 1816-1892 ) im Jahre 1866 zum ersten funktionierenden elektrischen Generator führte. Faraday erklärte dann weiterhin die Vorgänge der elektrischen Leitung in einem Elektrolyten durch Wanderung der geladenen Atome. Diese nannte er Ionen.
An der herausragenden Entwicklung von Faraday war Davy nicht unbeteiligt. Faraday hörte Vorträge von Davy. Er machte sich Skizzen von dem Gehörten und fügte eigene Gedanken den Arbeiten von Davy hinzu. Auch wurde er als Davys Assistent und Mitarbeiter eingestellt. In den Weihnachtsferien 1860 hielt Faraday in London wissenschaftliche Vorträge für Jugendliche. Faradays Ausführungen waren einfach und verständlich, eben genial. Faraday war ein Forscher, dessen Kenntnisse vor allem auf der Beobachtung von Tatsachen beruhten.

Das Periodensystem der Elemente, wie wir es heute verstehen, wurde 1868 von Dimitri Mendelejew ( 1834-1907 ) entwickelt. Dabei griff Mendelejew auf Erkenntnisse von Dalton zurück. Mendelejew schrieb die Eigenschaften und Merkmale der ihm bekannten Elemente auf ein Kärtchen und ordnete diese dann auf verschiedene Weise an. So kam er auf eine Anordnung in Spalten. Spalten sind senkrechte Reihen. Er stellte fest, dass die Elemente einer Spalte jeweils ähnliche Merkmale besitzen. Das heißt sie haben ähnliche chemische und physikalische Eigenschaften. In seinem Periodensystem reservierte Mendelejew also freie Plätze für solche Elemente, deren Existenz er voraussagte. Als die fehlenden Elemente später entdeckt wurden, hatten sie tatsächlich die von Mendelejew vermuteten Eigenschaften.
Lothar Meyer ( 1830-1895 ) stellte im Jahre 1869 unabhängig von Mendelejew auch "das" Periodensystem der Elemente auf.

Moseley ( 1887-1915 ) konnte dann 1913 die endgültige, noch genauere Reihenfolge der Elemente experimentell festlegen. Er erkannte, dass die Reihenfolge von den Ordnungszahlen bestimmt wird. Die Ordnungszahl ist die Anzahl der Protonen in einem Atomkern. Protonen sind positiv geladene Elementarteilchen.

Schon früher, im Jahre 1802, erkannte John Dalton ( 1766-1844 ), dass jedes chemische Element aus winzigen Teilchen, den Atomen, besteht. Die Atome eines Elements sind gleich; sie unterscheiden sich aber von anderen Elementen. Dalton gab 30 Elementen einen Namen. Zu den weiteren Entdeckungen Daltons gehört das für die Chemie wichtige Gesetz der multiplen Proportionen aus dem Jahre 1803. Es besagt, dass wenn zwei Elemente Verbindungen miteinander eingehen, die Massen in diesen Verbindungen zueinander im Verhältnis kleiner ganzer Zahlen stehen.

Antoine Laurent Lavoisier ( 1743-1794 ) führte bei seinen chemischen Versuchen die systematische Verwendung der Waage ein. Damit hielten "quantitative Methoden" ihren Einzug in die Chemie. Schon im Jahr 1787 entwickelte er erstmals ein System, in dem er jedem chemischen Element ein Symbol zuordnete. Das Symbol jedes Elements bestand bei ihm aus einem oder aus zwei Buchstaben. Diese bildeten meist eine Abkürzung des vollen Namens. Im Jahre 1789 veröffentlichte Lavoisier das Postulat von der "Erhaltung der Materie" bei chemischen Reaktionen. Seine Versuche wurden von seiner Frau Marie- Anne unterstützt, die ebenfalls eine hervorragende Chemikerin war.
Zur Zeit der französischen Revolution arbeitete Lavoisier außerdem als Generalpächter für die Steuer. Wegen der damaligen unglücklichen politischen Verhältnisse musste er am 8. Mai 1794 unter der Guillotine sterben.

Im Jahre 1802 kam Dalton s. o. ( siehe oben ) zu der Überzeugung, dass die Atome die kleinsten Teilchen der Materie seien und sich nicht weiter aufspalten ließen. Spätere Untersuchungen führten dann zu der Vermutung, dass dies nicht stimme. Im Jahre 1911 bewies Ernest Rutherford ( 1871-1937 ), dass Atome tatsächlich aus weiteren Einzelteilen bestehen. Er nahm an, dass sich im Inneren des Atoms ein schwerer Kern befindet, um den leichtere Teilchen, die Elektronen, unregelmäßig kreisen. Der positiv geladene Atomkern hält sich im Mittelpunkt des Atoms verborgen. Um diesen bewegen sich negativ geladene Elektronen auf Kreisbahnen und Ellipsenbahnen. Genau so wie Planeten um die Sonne wandern. So wurde Rutherford einer der Begründer der Kernphysik. Außerdem stellte Rutherford im Jahre 1903 eine Theorie für den radioaktiven Zerfall auf.

Niels Hendrik David Bohr ( 1885-1962 ) knüpfte an die Ideen von Rutherford an und kam 1913 zu der Ansicht, dass die Elektronen bestimmte Abstände zum Kern einhalten. Sie kreisen strahlungsfrei auf bestimmten Bahnen, den Schalen, um den Kern.

Im Jahre 1932 stellte James Chadwick ( 1891-1974 ) die Existenz von ungeladenen Teilchen fest. Diese nannte er Neutronen. Die drei Bausteine des Atoms das Proton, das Neutron und das Elektron wurden zusammenfassend als Elementarteilchen bezeichnet. Chadwick verbesserte wesentlich das Atomkernmodell. Im Jahre 1939 erbaute er das erste britische Zyklotron. Ein Zyklotron ist ein Teilchenbeschleuniger, der geladene Teilchen vom Zentrum eines Magnetfeldes aus auf einer Spiralbahn beschleunigt.

Erwin Schrödinger ( 1878-1961 ) und Paul Adrien Maurice Dirac ( 1902-1984 ) entwickelten den Begriff der "Aufenthaltswahrscheinlichkeit" für das Elektron. Nach diesem Modell umlaufen die Elektronen den Atomkern nicht in scharf definierten Bahnen. Es gibt für die Elektronen- Wellen nur eine so genannte Aufenthaltswahrscheinlichkeit.

Wilhelm Conrad Roentgen ( 1845-1923 ) entdeckte 1895 die später nach ihm benannten Röntgenstrahlen. Röntgen erhielt für seine Leistung als erster den höchsten möglichen Preis, den Nobelpreis für Physik im Jahre 1901. Röntgenstrahlung gehört zur ionisierenden Strahlung und führt damit zu einem Strahlenrisiko. Durch diese Strahlung können krankhafte Reaktionen des Körpers verursacht werden. In der Medizin dienen Röntgenstrahlen auch zu diagnostischen Zwecken. Gegen unerwünschte Strahlung schützen Bleischirme. Röntgenstrahlen sind unsichtbare elektromagnetische Wellen. Sie können aber auf Leuchtschirmen und photographischen Platten sichtbar gemacht werden.

Antoine Henri Becquerel ( 1852-1908 ) entdeckte 1896 die Radioaktivität. Er legte eine uranhaltige Substanz in die Nähe einer Glasplatte, die mit lichtempfindlichen Chemikalien beschichtet war. Die Platte wurde überraschenderweise dunkel und trüb, obwohl sie umwickelt und keinem sichtbaren Licht ausgesetzt war. Ursache für diese Erscheinung lag in der radioaktiven Strahlung des Urans. Becquerel erforschte auch die Fluoreszenz. Er baute einen Vorläufer der heutigen Leuchtstofflampen. Die uns heute bekannten Röhren konnten erst um 1930 entwickelt werden.

Marie Curie ( 1867-1934 ) erfuhr, dass Uran seltsame Strahlen produziert. Daraufhin testete sie viele Stoffe, die ebenfalls Strahlen aussenden. Marie Curie prägte den Begriff "Radioaktivität ". Radioaktivität beschreibt die Energien, die von strahlenden Stoffen abgegeben werden. Marie Curie entdeckte zwei neue radioaktive Elemente. Das eine heißt "Radium" ( das Strahlende ) und das andere nannte sie nach ihrer unterdrückten Heimat "Polonium". Sie hatte ihr Verfahren zur Radium- Gewinnung nicht patentieren lassen. Sie wollte aus ihrer Leistung keinen Gewinn erzielen. Alle Ergebnisse wurden sofort der Öffentlichkeit zugänglich gemacht. Mit Erfolg konnte Radium hergestellt und zur Krebsbehandlung eingesetzt werden. Für ihre bahnbrechenden Ergebnisse erhielt sie den Nobelpreis für Physik im Jahre 1903 und den Nobelpreis für Chemie 1911. Sie war überhaupt die erste Frau, die einen Nobelpreis erhielt.
Marie Curies Tochter Irène Joliot-Curie ( 1897-1956 ) und deren Mann Frédéric Joliot-Curie (1900-1958) sind Mitentdecker des Neutrons und der künstlichen Radioaktivität. Sie erhielten im Jahre 1935 gemeinsam den Nobelpreis für Chemie.

Albert Einstein ( 1879-1955 ) stellte Überlegungen zu den verschiedensten Bereichen wie Kräften, Teilchen, Raum und Zeit an. Für uns geschehen Zeitabläufe immer nur in eine Richtung. Die Zeit vergeht aus der Vergangenheit heraus vom Jetzt ins Später. Die Zeit ist für unsere Vorstellung nicht umkehrbar. Das leuchtet ein, und das vermuten wir schon auch wegen der Nichtumkehrbarkeit von Wärmeprozessen. Die oben erwähnte Entropie ist ein Beispiel dafür. Muss das aber für alle Naturgesetze so sein? Um neuartige Erkenntnisse über die Natur zu erlangen sind seit jeher auch ungewöhnliche Spekulationen angebracht. In einem Gedankenexperiment könnten wir die Zeit mal zurücklaufen lassen. Die Pendelgesetze gelten ja, egal ob die Zeit nun rückwärts oder vorwärts verläuft. Einstein zeigte nun, dass wir nicht annehmen dürfen, unser subjektives Gefühl für das Jetzt gelte auch für alles Andere im Universum. Gut geläufig sind uns die drei Dimensionen Länge, Breite und Höhe. Auch ein dreidimensionales, rechtwinkliges Koordinatensystem mit x, y, und z- Achse ist uns sicherlich vertraut. Bei Einsteins Überlegungen bleibt die Zeit nicht außen vor. Zu Länge, Breite und Höhe kommt die Zeit also als vierte Dimension hinzu. Raum und Zeit sind nicht mehr voneinander unabhängig. Auf diesem Weg gelangen wir zum so genannten Raum- Zeit- Kontinuum, zur "Raumzeit".
Zu den bedeutenden Erkenntnissen von Einstein gehören die Äquivalenz ( Gleichwertigkeit ) von Masse und Energie, die spezielle Relativitätstheorie und die allgemeine Relativitätstheorie. Die Ergebnisse der allgemeinen Relativitätstheorie hat Einstein im Jahre 1916 veröffentlicht. Bei dieser wird der Einfluss von Gravitationsfeldern und Beschleunigung auf alles Existierende mit einbezogen. Wir könnten auch sagen, dass Schwerkraft an allem zerrt. Die gewaltige Anziehungskraft eines Sterns kann sogar die Raumzeit strecken und krümmen. So wird ein gerader Lichtstrahl gebogen, wenn er an einem Stern vorbeiläuft. Der Lichtstrahl verläuft zwar immer noch geradlinig durch den Raum, aber der Raum selbst ist gekrümmt! Letzten Endes wird die Raumzeit von der Schwerkraft deformiert. Eine Besonderheit Einsteins ungewöhnlicher Theorien ist die Beziehung zur Newtonschen Mechanik: Sobald sich nämlich ein Körper sehr langsam im Vergleich zur Lichtgeschwindigkeit ( 300.000 Kilometer pro Sekunde ) bewegt, gelten weiterhin die Gesetze der klassischen Mechanik, gilt also die Gravitationstheorie Newtons. Diese gehorcht der alten Euklidischen Geometrie und nicht einer modernen Riemannschen Geometrie ( Bernhard Riemann ( 1826-1866 ). Ein Mathematiker, der vor allen über die Grundlagen der Geometrie arbeitete.
Es ist einfach nicht zu übersehen, dass die genannten Aussagen Einsteins der persönlichen Erfahrung, dem "gesunden" Menschenverstand widersprechen. Die Vorstellungen Einsteins lösten aber schlagartig so viele bis dahin ungelöste Probleme, dass sie relativ schnell von den meisten Physikern anerkannt wurden. Mit seinen bahnbrechenden Ideen trug Einstein entscheidend zur Entwicklung der modernen Physik bei. Die ersten drei Arbeiten, die Einstein auf einen Schlag berühmt machten, verfasste er Mitte 1905 als Gutachter des Schweizer Patentamts. Die sich daran anschließende rechtzeitige äußere Anerkennung förderte seinen weiteren einmaligen Werdegang maßgeblich. In wie weit seine erste Frau, Mileva Maric ( 1875-1948 ) an der Entstehung seines Lebenswerks beteiligt war, ist bislang ziemlich unklar geblieben.

Abgesehen von Untersuchungen zur Osmose hat Max Planck ( 1858-1947 ) nicht direkt mit physikalischen Versuchen zu tun gehabt. Dafür hat er die Ergebnisse anderer Experimental- Physiker ausgewertet und interpretiert. Dabei ging es auch um die Wärmestrahlung eines "schwarzen Körpers". Um die Energieverteilung der ausgesandten Strahlung richtig erklären zu können, musste Planck ( ganz entgegen der bis dahin gewohnten Vorstellungen und ganz entgegen seiner eigenen Vorstellungen ) unstetige Emission von Strahlung fordern. Das hieße, Atome nehmen Strahlungsenergie nur stoßweise in bestimmten Energieportionen auf oder geben diese nur stoßweise unstetig ab. Stetig wäre dieser Vorgang nur, wenn er ohne jeden Sprung abliefe. Planck errechnete die Energie eines einzelnen Energiequants. Damit traf er ins Schwarze. Die in der Formel "E = h mal f" auftretende Konstante wird ihm zu Ehren das "Plancksche Wirkungsquantum" genannt. Das Plancksche Wirkungsquantum gehört zu den Naturkonstanten. Plancks Vorstellungen wurden von Physikern aus den unterschiedlichsten Bereichen aufgegriffen und bestätigt. "Dass die Natur Sprünge macht", überraschte selbst die Philosophen. Max Planck hat anfangs nicht an diese Tragweite seiner Entdeckung geglaubt. Die Fortführung der Planckschen Ideen führte dann zum Ausbau der Quantenmechanik. Mit der Quantenmechanik wurde ein neues Zeitalter in der Wissenschaft eingeleitet.

Stephen Hawking ( geb. 1942 ) erforscht das Entstehen des Weltalls. Genau 300 Jahre nach dem Tod von Galilei wurde Hawking in der englischen Universitätsstadt Oxford geboren. Im englischen Cambridge ( Universitätsstadt seit 1229 ) erhält er im Jahre 1979 einen Lehrstuhl, den einst Newton im 17. Jahrhundert innehatte. Schwerpunkt von Hawkings Überlegungen sind die Phänomene, die im Moment des Urknalls geherrscht haben sollen. Auch untersucht er die "Schwarzen Löcher" ( in sich zusammengefallene Sterne hoher Dichte ) im Kosmos und die Verformung der Raum-Zeit in der Umgebung der Schwarzen Löcher. Trotz eines Nervenleidens besitzt er enorme Schöpfungskraft. Durch seine Spekulationen über Raum und Zeit wurde er bekannt. Er bezweifelt ein Weltbild, das gemeinhin als " wahr " angenommen wird. Hawking stellt gängige Vorstellungen in Frage und fordert zu kritischem Denken heraus. Er ist dabei, die Weltverhältnisse in der Natur mittels einer Universaltheorie neu zu bestimmen.

Stephan Hawking ist der bekannteste Physiker unserer Zeit. Seine Bücher werden von einem interessierten Publikum weltweit gelesen. Der Inhalt der Bücher wird überall diskutiert. Eines seiner populärsten Bücher trägt den Titel "Eine kurze Geschichte der Zeit". Es wurde im Jahre 1988 veröffentlicht und es ist so spannend, dass ich es weitgehend für meine kosmologischen Eroerterungen herangezogen habe. In 2007 veröffentlichte Hawking ein Wissenschafts-Buch für Kinder. Er wurde beim Schreiben von seiner Tochter, einer Journalistin namens Lucy, unterstützt. Das ins Deutsche übersetzte Buch erinnert vom Inhalt her an "Harry Potter" von J. K. Rowling. Die Handlung findet im Weltall statt und ist ganz ohne Magie.

Evolution entspringt dem Lateinischen. Übersetzt heißt Evolution einfach nur Entwicklung oder vielleicht Weiterentwicklung. Aber unter erdgeschichtlicher und biologischer sowie unter Evolution im Weltall verstehen wir heute etwas ganz Spezielles, etwas sehr Unterschiedliches. James Hutton ( 1726-1797 ) gehörte zu den ersten Menschen, die Geologie als Wissenschaft betrieben. Er beobachtete die langsamen Veränderungen in der Landschaft: Flüsse traten ihre Ufer ab, Felsen stürzten ein. Er behauptete im Jahre 1785, dass solche Veränderungen seit der Entstehung der Erde vor sich gingen. Diese Veränderungen der Erde geschehen seit sehr langer Zeit und werden durch natürliche Kräfte hervorgerufen. Sie deuten eine Weiterentwicklung an.

Jean Baptiste de Lamarck ( 1744-1829 ) bestritt als erster die so genannte Unveränderlichkeit der Arten. Er nahm an, dass erworbene Eigenschaften als zweckmäßige Antwort auf neue Umwelteinflüsse vererbbar seien. Auf diese Weise sollten neue Arten entstehen. Diese Lehre von der Vererbbarkeit "erworbener" Eigenschaften konnte die Wissenschaft bisher nicht bestätigen. Dagegen sind die Ergebnisse des Biologen Charles Darwin ( 1809-1882 ) unter Forschern allgemein anerkannt. Auch er geht von der Veränderlichkeit der Arten aus. Darwin fand eine neue Erklärung für die Entstehung und die Entwicklung von Menschen, Tieren und Pflanzen. Im Laufe von Jahrmillionen verändern sich die Lebewesen ununterbrochen, um sich ihrer Umgebung anzupassen. Aus einfachen Organismen entstehen demnach hoch entwickelte Formen. Nach Darwins Anschauung haben sich alle Lebewesen durch "Auslese im Kampf ums Dasein" von den niedrigsten zu den höchsten empor entwickelt. Wer sich besser an die äußeren Bedingungen anpassen konnte, hat bessere Überlebenschancen. Für diese Ausführungen hat Darwin damals ganze zwanzig Jahre die Natur beobachtet und fleißig Daten gesammelt. Erst dann wagte er sich damit an die Öffentlichkeit.

Unser heutiges Bild vom Universum hat Jahrtausende an ernsthafter Forschung gebraucht, um sich zu entwickeln. Seit der Antike gibt es astronomische und astrophysikalische Beobachtungen und Erfahrungen. Heute hilft uns eine moderne Gerätetechnik und Messtechnik bei dieser Aufgabe enorm weiter. Der Astronom Edwin Hubble ( 1889-1953 ) bewies mithilfe eines Teleskops von Mount Wilson ( Kalifornien, USA ), dass es neben unserer Milchstrasse noch viele andere Galaxien gibt. Hubble setzte bei seinen Beobachtungen die Rotverschiebung ein. So konnte er nachweisen, dass sich die Galaxien von uns wegbewegen. Das Universum dehnt sich also fortwährend aus. Hubble hat in jahrelangen sorgfältigen Erkundungen einige ausgewählte Abschnitte des Firmaments untersucht. Dabei hat er den Durchschnittsbetrag der in ihnen enthaltenen Materie berechnet. Über diesen Wert gelangte er zur durchschnittlichen Dichte im gesamten Universum. Dieser Wert wiederum liefert über Einsteins Feldgleichungen den Wert für die Krümmung des Weltalls. Jetzt ist es nur noch ein weiterer kleiner rechnerischer Schritt, um den Radius des Weltalls zu berechnen. Die Wissenschaftler nehmen heute an, dass das Weltall endlich ist. Es enthält eine unvorstellbare Menge verdünnter Gase und erkalteter Massen von Eisen und Stein. Außerdem sind da noch kosmischer Staub und unzählige leuchtende Sterne.

Kosmologische Eroerterungen fuer die 7. bis 10. Klasse.

Kosmologie und Astronomie

Wie kannst Du Dir Zeit und Raum vorstellen? Wie sah wohl das frühe Universum, in dem wir leben, aus? Wie hat sich die Welt im Laufe der Zeit entwickelt? Solche und ähnliche Fragen werden in der Kosmologie gestellt. Das Wissensgebiet Kosmologie geht uns alle an. In der folgenden Darstellung werden wir versuchen, die Grundgedanken über Ursprung und Schicksal des Universums ohne Hilfe der Mathematik zu verstehen.

Sterne, Planeten, Monde, Meteore und Kometen bezeichnen Begriffe aus der Astronomie. Sie beinhalten Teile des Universums. Alles was existiert gehört zum Universum. In der Astronomie werden die Sterne und die anderen Himmelskörper im Weltraum erforscht. Aber die Astronomen beobachten nicht nur, was am Himmel geschieht, sie versuchen auch herauszufinden, wodurch das Universum in Gang gehalten wird. Das gelingt ihnen heute viel besser als in früheren Zeiten. Astronomen erforschen das Universum nicht nur mit den Augen, denn es gibt neben dem sichtbaren Licht noch sehr viele andere Strahlenarten zu untersuchen. Erst diese sorgen für ein tieferes Verständnis der Zusammenhänge und eine Aufklärung vieler Fragen.

Eine dunstige Lufthülle erschwert die Erforschung des Universums Astronomen erforschen das Universum mit Hilfe von starken Teleskopen, also Himmelsfernrohren, und anderen aufwändigen Instrumenten wie Radio-Teleskopen. Um den Himmel besser sehen zu können, schicken sie die Instrumente sogar in den Weltraum. Dadurch bleibt eine Beeinflussung der Messungen so gering wie möglich.

Wie alles begann

Am Anfang entstanden Raum, Zeit und Materie. Eine Urkraft wirkte überall und gleichzeitig. Die uns vertrauten physikalischen Kräfte wirkten noch nicht. Alles Sein entstand augenblicklich mit einem gewaltigen Urknall. Ein Grundstoff von unendlicher Temperatur und unendlicher Dichte kennzeichnet den Anfang allen Geschehens. Der gegenseitige Abstand zwischen allen vorhandenen Gebilden dieses Grundstoffs muss zum Zeitpunkt des Urknalls null gewesen sein. An einem Punkt ohne Ausdehnung in der Raumzeit hat die Raumzeitkrümmung den Wert unendlich.

Wie alles begann Für einen derartigen einmaligen Zustand wird der Begriff "Urknall-Singularität" oder kosmologische Singularität benutzt. Dieser Begriff "Singularität" tritt häufig in der Mathematik auf. Hier weist "Singularität" auf etwas Unbestimmtes hin. Zumindest ist der gewohnte Rechenfluss gehemmt.

Die anfänglichen Veränderungen im neuen Universum sind mit den uns bekannten physikalischen Begriffen einfach nicht zu beschreiben. Außerdem geschehen sie außerordentlich schnell.

Zum Zeitpunkt des Urknalls hatte das Universum die Größe Null und war unendlich heiß. Schlagartig mit der Ausdehnung des Universums nimmt seine Temperatur ab. Ein Teil der uns bekannten physikalischen Gesetze wird gültig. Die entstehenden Elementarteilchen wechselwirken miteinander. Unter dem Einfluss der Gravitation entstehen neue kosmische Gebilde.

Heute besteht das Universum hauptsächlich aus "leerem" Raum, in dem die Galaxien verteilt sind. Das Universum dehnt sich aber weiterhin aus.

Lebensphase eines Sterns ( Kurzfassung )
Geburt eines Sterns

Staubwolken und Gaswolken ballen sich zusammen. Durch Kernfusion wird der Materie-Klumpen zu einem glühenden Stern. Die Hitze will den ( in diesem Fall ) mittelgroßen Stern ausdehnen.

Geburt eines Sterns Seine Schwerkraft will ihn zusammenziehen. Der Stern ist für lange Zeit gleich groß und gleich hell. Er ist ein riesiger glühender Gasball, der im Weltraum gemeinsam mit anderen Himmelskörpern kreist.

Lebensphase eines Sterns ( Kurzfassung )

Tod eines Sterns

Der Zusammenbruch eines riesigen Sterns ist wie eine gewaltige Atomexplosion und wird Nova oder sogar Supernova genannt. Der Stern kann in unterschiedlichen Formen sein Dasein beenden. Die Überreste einer Supernova können zu einem Pulsar zusammenfallen. Ein Pulsar ist ein schnell rotierender Stern, der hauptsächlich aus Neutronen besteht. Auch kann die Materie schrumpfen, bis alles in einem Punkt unendlicher Dichte - einem Schwarzen Loch - zusammengepresst ist. Ein kleiner Stern kühlt ab und schrumpft zu einem Weißen Zwerg.

Tod eines Sterns
Die Neutronensterne haben am Ende nach dem Zusammenfall einen Durchmesser von wenigen Kilometern.

Die Weißen Zwerge sind kleiner als die Erde.

Schwarze Löcher sind kosmische Singularitäten, in denen alle Materie verschluckt wird. Sie sind somit ein Ort von unvorstellbar hoher Gravitation.

Vom Urknall zum Kollaps

Wir fragen nach der Beschaffenheit des Universums, seinem Anfang und seinem Ende. Die Theorie beschreibt ein Modell des Universums. Sie ist das Ergebnis unserer wissenschaftlichen Beobachtungen. Eine Theorie existiert aber nur in unserer Vorstellung. Eine Theorie besitzt keine reale Wirklichkeit. Sie ermöglicht aber vielleicht sichere Voraussagen über künftige Erscheinungen. Eine physikalische Theorie ist, wenn sie Ergebnisse von Beobachtungen richtig vorhersagt, eine brauchbare Arbeitshypothese.

Den Verlauf des Universums vom Urknall ( Big Bang ) bis zum Kollaps ( Big Crunch ) kannst Du Dir an Hand der Erde veranschaulichen. Der Abstand vom Nordpol soll einer imaginären Zeit entsprechen. Die Größe eines Kreises mit gleichbleibendem Abstand vom Nordpol gibt die räumliche Ausdehnung des Universums an.

Veränderung des Universums in der imaginären Zeit Nach dieser Vorstellung beginnt das Universum als ein Punkt am Nordpol. Je weiter man sich südlich bewegt, desto größer werden die Breitenkreise mit gleichbleibendem Abstand vom Nordpol. Die Breitenkreise entsprechen der Ausdehnung des Universums mit der imaginären Zeit. Wie Du aus der Abbildung ersehen kannst, würde das Universum am Äquator seine maximale Größe erreichen. Mit fortschreitender imaginärer Zeit könnte sich das Universum am Südpol wieder zu einem einzelnen Punkt zusammenziehen. Obwohl die Größe des Universums am Nordpol und am Südpol der Erde null wäre, wären die Punkte in der imaginären Zeit keine Singularitäten. Die Naturgesetze, also auch die Gesetze der Physik, behielten an ihnen ihre Gültigkeit. Genau so wie das am Nordpol und am Südpol der Erde der Fall ist.

In der realen Zeit hat das Universum dagegen einen Anfang und ein Ende an den Singularitäten. Diese Singularitäten bilden für die Raumzeit eine Grenze. An dieser Grenze verlieren die Naturgesetze ihre Gültigkeit. Nach diesen Vorstellungen würde sich das Universum also zuerst enorm ausdehnen und sich dann schließlich wieder zu einem Zustand zusammenziehen, der in der realen Zeit wie eine Singularität aussähe. Dort wäre die Raumzeitkrümmung unendlich, Raum und Zeit gleich null, beide wären also verschwunden.

Wie ein Schwarzes Loch entsteht

Ein Stern von großer Masse und großer Dichte hat ein so großes Gravitationsfeld ( Schwerefeld ), dass ihm das Licht nicht mehr entkommt. Alles von der Oberfläche des Sterns abgestrahlte Licht wird von der Schwere des Sterns wieder zurückgezogen, ohne weit zu kommen. Obwohl wir solche Sterne nicht sehen können, weil uns ihr Licht nicht erreicht, lässt sich ihr Vorhandensein jedoch feststellen. Wir können sie durch ihre Massenanziehung nachweisen. Himmelskörper dieser Art bezeichnen wir als "Schwarze Löcher". Schwarze Löcher sind schwarze Leeren im Weltraum. Paradoxerweise glühen sie wie ein heißer Körper und je kleiner sie sind, umso intensiver ist ihre Glut.

Ein Schwarzes Loch entsteht aus einem Stern, wenn dem Stern der "Brennstoff" ausgeht und er anfängt sich abzukühlen. Dabei zieht er sich zusammen. Wenn der schrumpfende Stern schließlich einen bestimmten kritischen Radius erreicht, wird sein Gravitationsfeld an der Oberfläche und auch die Krümmung der Raumzeit nach innen so stark, dass das Licht nicht mehr entweichen kann.

Einem Schwarzen Loch kann nichts entkommen Wenn Licht nicht mehr entweichen kann, gilt dies auch für alles andere. Alles wird durch das Gravitationsfeld des Schwarzen Loches zurückgezogen. Die Grenze des Schwarzen Loches wird als "Ereignishorizont" bezeichnet und deckt sich mit der Bahn der Lichtstrahlen, denen es gerade nicht gelingt, das Schwarze Loch zu verlassen.

Stephen Hawking ( 1 ) fand, dass es in einem Schwarzen Loch eine Singularität von unendlicher Dichte und unendlicher Raumzeitkrümmung geben muss. Diese Singularität gleicht weitgehend unserer Vorstellung von einer Singularität beim Urknall am Anfang der Zeit. Eine Singularität bedeutet das Ende der Zeit für den zusammenstürzenden Stern. An solcher Singularität enden die uns bekannten Naturgesetze wie die Gesetze der Physik. Hier endet auch unsere Fähigkeit, Abläufe vorherzusagen.

Der Nachweis Schwarzer Löcher

Schwarze Löcher wurden von den Wissenschaftlern anfangs als ein mathematisches Modell entwickelt. Damit entstand eine von vielen anerkannte in sich widerspruchsfreie Theorie des Schwarzen Lochs. Das war schon zu einer Zeit, bevor irgendwelche Beobachtungen vorlagen, welche die Richtigkeit der Theorie hätten bestätigen können. Das ist zwar nicht einmalig, aber doch ein recht seltener (Glücks-) Fall in der Wissenschaft.

Was hat es aber nun mit den späteren Beobachtungen auf sich, die auf ein Schwarzes Loch schließen lassen? Wie soll man jemals ein Schwarzes Loch erkennen, wo es doch kein Licht aussendet? Schwarze Löcher beeinflussen mit ihrer Gravitation ( Anziehung ) nahe gelegene Objekte! Astronomen kennen zahlreiche Systeme, in denen sich zwei Himmelskörper umkreisen und sich dabei wegen ihrer Schwerkraft gegenseitig anziehen. Es sind aber auch Systeme bekannt, in denen nur ein sichtbarer Stern um einen unsichtbaren Begleiter kreist. In einem solchen Fall könnte es sich um ein Schwarzes Loch handeln.

Nachweis eines Schwarzen Lochs durch Röntgenstrahlen

In unserem Beispiel strahlt eine starke Röntgenquelle aus der Umgebung von Cygnus X-1. Röntgenstrahlen lassen sich durch Astronomen messen. Sie erklären dieses Phänomen damit, dass von der Oberfläche des sichtbaren Sterns Materie weggeblasen wird. Wenn die Materie dann auf den unsichtbaren Begleiter ( Himmelskörper ) fällt, gerät die Materie in spiralförmige Bewegung und wird dabei so heiß, dass sie Röntgenstrahlen aussendet und genau die lassen sich nachweisen.

Entstehung eines Sterns ( Erweiterte Fassung )

Zu Beginn von Raum und Zeit, als die Naturgesetze nach und nach ihre Gültigkeit gewannen, nahm die Evolution im Weltall ihren Lauf. Sterne werden geboren. Sie entstehen in den großen Wolken aus Staub und Gas.

Ein Heliumkern entsteht aus Protonen und Neutronen Die Wolken nennen wir kosmischen Nebel. Dieser Nebel besteht zur Hauptsache aus dem einfachen Element Wasserstoff. Die Schwerkraft zieht den Wasserstoff bei der beginnenden Sternbildung zueinander. Dabei schrumpft die Wolke zu einer Kugel. Während der Kontraktion kommt es immer häufiger zu Zusammenstößen zwischen den Materieteilchen im gasförmigen Zustand. Das Gas erwärmt sich stark. Mit der Zeit steigt die Temperatur innerhalb der schrumpfenden Kugel auf mehrere Millionen Grad an. Jetzt verschmelzen die Wasserstoffatome und bilden das Element Helium. Leichtere Kerne sind damit zu schweren Kernen verschmolzen. Atomkerne eines neuen Elements sind entstanden. Dieser Vorgang, der Kernfusion genannt wird, erzeugt ungeheure Mengen an Energie in Form von Licht und Wärme.

Ein Stern entsteht im Nebel aus Staub und Gas

Die große Kugel aus Materie besteht aus heißem Gas. Sie leuchtet aus eigener Kraft und strahlt dabei Energie in den Weltraum ab. Auf diese Art ist etwa vor 5 Milliarden Jahren auch unsre Sonne entstanden. Von nun an befindet sich seine Materie, die aus vollständig ionisierten Atomen, einem Ionen-Plasma besteht, im Gleichgewicht. Im Stern besteht also ein Gleichgewicht zwischen der Schwerkraft der Teilchen und der infolge der Kernfusion freiwerdenden Hitze. Der neue Stern hat auch aufgehört zu schrumpfen. Er leuchtet von nun an gleichmäßig. Das wird er viele Millionen Jahre tun, bis ihm der Wasserstoff ausgeht, der ihm all die Jahre als Brennstoff gedient hat. Bei unserer Sonne wird das allerdings noch etwa 5 Milliarden Jahre dauern. Deshalb muss uns das nicht weiter beunruhigen.

Ende eines Sterns ( Erweiterte Fassung )

Wenn der Wasserstoffvorrat eines Sterns mit vergleichbarer Masse wie der Sonne zu Ende geht, beginnt er unter dem Einfluss seiner Schwerkraft zusammenzubrechen. Dadurch erhitzt er sich. Sobald er heiß genug ist, setzt erneut eine Kernverschmelzung, eine Kernfusion, ein. Durch die dabei freigesetzte Energie dehnt sich der Stern extrem aus, etwa um das Hundertfache seiner ursprünglichen Größe. Er wird zu einem Roten Riesen.

Das Ende eines mittelgroßen Sterns

Durch diese Veränderung bleibt ein Stern wie die Sonne eine Zeitlang ein Roter Riese und schrumpft dann. Er wird immer kleiner und das von ihm ausgesandte Licht wird immer weißer, bis er nicht mehr viel größer ist als die Erde. Jetzt ist er zu einem Weißen Zwerg geworden. Seine Materie ist unglaublich dicht. So würde ein Stück von der Größe einer Erbse eine Tonne wiegen. Der Weiße Zwerg verblasst und wird schließlich unsichtbar.

Anders verhält sich ein Stern, der von seiner Größe deutlich massiver ist als unsere Sonne. Er wird viel größer als ein Roter Riese und entwickelt sich zu einem Superriesen. Auch dieser bricht schließlich in sich zusammen. Dadurch wird so viel Energie freigesetzt, dass es zu einer ungeheuren Explosion kommt. Diese Explosion zerreißt den Stern. Wir nennen die Explosion Nova oder Supernova.

Das Ende eines massiven Sterns

Nach einer Supernova schrumpfen die Reste des Sterns zu einer winzigen Kugel zusammen. Die Kugel besteht aus Kernbausteinen, den Neutronen. Diese Kugel ist noch kleiner und dichter als ein Weißer Zwerg. Manche von ihnen senden während ihrer Rotation Radiowellen aus, die wir als Radioimpulse empfangen. Solche Himmelskörper werden Pulsare genannt.

Sehr massive Sterne schrumpfen noch weiter, bis überhaupt keine Materie mehr vorhanden ist. Die Anziehungskraft solcher Schwarzen Löcher ist so groß, dass sie sogar das Licht und alle Materie "verschlucken".

Schwarze Löcher wurden im Text weiter oben schon ausführlich beschrieben.

Die Suche nach einer einheitlichen Theorie

Die allgemeine Relativitätstheorie Einsteins gibt Einblick in die Struktur von Raum und Zeit. Die Quantenmechanik beinhaltet vor allem das Verhalten der Atome und ihrer Bausteine. Mit der Quantenmechanik verbunden ist die Unschärfe-Relation. Sie liefert die bedeutsame Aussage, dass die Geschwindigkeit und der Ort eines Teilchens nicht beide gleichzeitig genau gemessen werden können.

Unbestimmtheits-Relation von Heisenberg Denn durch das Messen ( z.B. mit Licht- oder Elektronenstrahl ) wird das Teilchen beeinflusst und seine Geschwindigkeit wird verändert. Damit scheint die Unschärfe-Relation eine typische Eigenschaft für alle Elementarteilchen zu sein, -- und so eine elementare Eigenschaft im gesamten Universum --.

Die allgemeine Relativitätstheorie beschreibt den Aufbau des Universums im Großen. Bei der Quantenmechanik geht es um Bereiche von außerordentlich geringer Ausdehnung. Beide Theorien sind nicht miteinander in Einklang zu bringen!

Die Herausforderung für die Wissenschaft besteht also darin, in der Zukunft statt der beiden Theorien eine einheitliche Theorie zu finden. Dabei gilt es Gesetze zu formulieren, mit denen Ereignisse innerhalb der von der Unschärfe-Relation geschaffenen Grenzen vorhergesagt werden können. Das frühe Universum bietet hier ein geeignetes Forschungsfeld bei der Suche nach einer einheitlichen Theorie. Die einheitliche Theorie müsste natürlich mathematisch widerspruchsfrei sein. Wenn die neue Theorie stets Vorhersagen lieferte, die mit den Beobachtungen übereinstimmen, sollte sie der überwiegende Teil der Wissenschaftler als richtig anerkennen.

Die "Verträglichkeitszone" im Sonnensystem

Der amerikanische Astronom Edwin Hubble bewies im Jahre 1924, dass neben unserer Galaxis, der Milchstraße, noch viele andere existieren. In den ungezählten Galaxien gibt es Planetensysteme, die dem unseren sehr ähnlich sind. Eine ganze Reihe von Rahmenbedingungen müssten aber erfüllt werden, damit dort Leben entsteht. Es müßte sich um einen relativ kleinen, felsigen Himmelskörper mit fester Oberfläche handeln. Eine Atmosphäre müßte vorhanden sein, auch Wasser ist eine Voraussetzung für das uns bekanntes Leben. Auch darf das Klima auf dem Planeten weder zu heiß noch zu kalt sein.

Die "Verträglichkeitszone" im Sonnensystem Höheren Lebensformen schaden große Mengen an starker Strahlung ebenfalls. Innerhalb unseres Sonnensystems gibt es eine "Verträglichkeitszone", in der die auf eine Planetenoberfläche auftreffende Wärmeenergie auch für organisches Leben angemessen ist. Diese Zone reicht von der Venus-Bahn bis zur Mars-Bahn und ist in der Abbildung deutlich zu erkennen. Unsere Erde liegt natürlich in diesem Bereich.

Wenn ein Planet irgendwo innerhalb solch einer Zone kreisen würde, könnte dort Leben entstehen. Hier könnte sich Leben entwickeln und vielleicht auch eine Evolution stattfinden.

Die Entwicklung von intelligentem Leben

In einem Universum, das unendlich im Raum und der Zeit ist, werden die für die Entwicklung eines intelligenten Lebens erforderlichen Bedingungen nur in bestimmten begrenzten Zonen erfüllt sein. Im Sonnensystem dauerte es etwa 10 Milliarden Jahre oder mehr, bis sich intelligente Wesen entwickeln konnten. Es musste sich anfangs eine erste Sternengeneration bilden. Diese Sterne verwandelten einen Teil des ursprünglichen Wasserstoffs und Heliums in schwerere Elemente wie Kohlenstoff und Sauerstoff. Aus diesen letztgenannten Elementen bestehen auch wir zur Hauptsache. Die Sterne explodierten als Supernovae, und aus den Überresten entstanden andere Sterne und die Planeten.

Unter diesen bildete sich auch unser Sonnensystem, das etwa 5 Milliarden Jahre alt ist. Das Klima in den ersten ein oder zwei Milliarden Jahre (!) im Leben der Erde war so heiß, dass sich keine komplizierten Strukturen entwickeln konnten. Die restlichen 3 Milliarden Jahre benötigte der lange Prozess der biologischen Evolution. Diese Zeit war nötig, um von den einfachsten Organismen zu Geschöpfen zu gelangen, die fähig sind, sich Gedanken über die Entstehung der Welt zu machen und die Zeit bis zum Urknall zurück zu verfolgen.

Nach der Vorstellung einiger Wissenschaftler sind sogar eine Vielzahl unterschiedlicher Universen mit eigenen Urzuständen denkbar. Dort möge es zur Entwicklung komplizierter Organismen kommen, die entstehen und vergehen. In diesen Regionen könnte es auch Formen intelligenten Lebens geben, die uns gänzlich unvorstellbar wären. Sie sind vielleicht nicht angewiesen auf das Licht eines Sterns wie der Sonne oder auf die schweren chemischen Elemente, die in Sternen produziert und bei deren Explosion in den Weltraum geschleudert werden. So würden Universen entstehen, die zwar sehr schön wären. Sie könnten aber wohl kaum jemand beherbergen, der ihre Schönheit bewundern würde.

Kleines Lexikon astronomischer Begriffe

Am absoluten Nullpunkt besitzt ein Stoff keine Wärmeenergie mehr. In der Materie gibt es keine thermische Bewegung.

Gemäß der allgemeinen Relativitätstheorie wird die Gravitationskraft als Krümmung einer vierdimensionalen Raumzeit erklärt.

Anziehungskraft ist die Schwerkraft oder Gravitation. Die Gravitation ist direkt proportional der Masse eines Körpers.

Der Äquator ist der als Kreislinie gedachte Umfang eines Himmelskörpers. Er liegt in der Mitte zwischen dem oberen und dem unteren Pol.

In der Astronomie werden Himmelskörper beobachtet und erforscht.

Die Atmosphäre ist die Gashülle eines Planeten.

Das Atom ist die Grundeinheit normaler Materie.

Ein Elementarteilchen ist ein Teilchen, das sich nach gängiger Auffassung nicht weiter teilen lässt.

Bei ihrem Umlauf um die Sonne beschreiben die Planeten eine Ellipsenbahn. Die Ellipsenbahn wird durch die drei Keplerschen Gesetze festgelegt.

Nach dem Energieerhaltungssatz kann Energie ( oder ihr Massenäquivalent ) weder hervorgebracht noch vernichtet werden.

Ein Ereignis ist ein Punkt in der Raumzeit, der durch Zeit und Raum festgelegt wird.

Der Ereignishorizont ist die Grenze eines Schwarzen Lochs.

Ein Feld besitzt Ausdehnung in Raum und Zeit. Ein Teilchen ist dagegen zu einem bestimmten Zeitpunkt nur an einem Punkt vorhanden.

Galaxien sind riesige Sternsysteme außerhalb unserer Milchstraße. Galaxien enthalten neben den Sternen auch Staub und Gas. Sie werden durch die Schwerkraft zusammengehalten.

Gammastrahlung ist elektromagnetische Strahlung von sehr hoher Energie.

Ein Gas ist ein Stoff wie Luft oder Dampf.

Das Gewicht ist die Kraft, welche von einem Gravitationsfeld auf einen Körper ausgeübt wird.

Großer Endkollaps ist die Singularität am Ende des Universums.

Das Gas Helium ist das zweithäufigste Element im Universum. Der Wasserstoff ist das häufigste.

Die imaginäre Zeit wird mit Hilfe von imaginären Zahlen bestimmt.

Infrarotstrahlung ist elektromagnetische Strahlung mit geringerer Energie als der des sichtbaren Lichts.

Die interstellare Materie ist der staubförmige oder gasförmige Ausgangsstoff für neue Sterne.

Ein Jahr ist die Zeit, welche die Erde für einen vollen Umlauf um die Sonne braucht. Wird auch als "Erdenjahr" bezeichnet.

Der Kern ist der innerste Teil eines Atoms aus Protonen und Neutronen. Diese werden durch starke Kräfte zusammengehalten.

Kernfusion ist die Bildung eines schweren Atomkerns durch zwei leichtere, wobei Energie frei wird.

Koordinaten sind Zahlen, welche die Position eines Punktes in dem Raum und in der Zeit angeben.

Die Kosmologie ist die wissenschaftliche Auseinandersetzung mit dem Universum. Sie ist ein Teilbereich der Astronomie.

Der Kosmos ist das geordnete System aller Galaxien, also das Weltall oder Universum.

Kugelhaufen sind sehr dichte Anhäufungen von Sternen. Ihr Name leitet sich von der kugelsymmetrischen Verteilung der Sterne ab.

Lichtjahr ist die Entfernung, die vom Licht in einem Jahr zurückgelegt wird.

Lichtsekunde ist die Entfernung, die vom Licht in einer Sekunde zurückgelegt wird.

Die Magnetosphäre schützt die Erde vor dem Einfluss des Sonnenwindes. Das sind elektrisch geladene Teilchen, die von der Sonne zur Erde gelangen. Diese Teilchen führen auch zu den Leuchterscheinungen des Polarlichts.

Die Masse ist die Materiemenge eines Körpers.

Der Mikrowellen-Strahlenhintergrund ist die Strahlung des heißglühenden frühen Universums. Sie ist stark rotverschoben.

Die Milchstraße ist das schimmernde Band, das sich quer über den Himmel erstreckt. Sie besteht aus Millionen von Sternen.

Ein Neutron ist ein ungeladenes Elementarteilchen. Neutronen machen etwa die Hälfte der Teilchen in den meisten Atomen aus.

Ein Neutronenstern ist ein Himmelskörper mit sehr großer Dichte und großer magnetischer Feldstärke. Der Stern besteht hauptsächlich aus Neutronen. Er ist der Überrest eines Sterns.

Eine Nova ist ein veränderlicher Stern mit plötzlich auftretendem Helligkeitsausbruch.

Observatorien sind Sternwarten mit größten Fernrohren für astronomische Beobachtungen. Observatorien werden möglichst in der sauberen Luft von hohen Bergen errichtet.

Ein Photon ist ein Lichtquant.

Ein Planet ist ein kugelförmiger Himmelskörper, der in elliptischer Bahn um eine Sonne kreist.

Ein Positron ist das positiv geladene Antiteilchen des Elektrons.

Protonen sind im Gegensatz zu den Neutronen die positiv geladenen Teilchen, die etwa die Hälfte der Teilchen in den meisten Atomen stellen.

Pulsare sind Himmelskörper, die regelmäßig Radioimpulse aussenden. Pulsare sind rotierende Neutronensterne.

Die Quantenmechanik beruht auf dem Quantenprinzip von Max Planck und der Unschärfe-Relation von Werner Heisenberg.

Quarks sind die kleinsten Grundbausteine des Atomkerns. Aus Quarks setzen sich Protonen und Neutronen zusammen.

Quasare sind sehr weit von der Erde entfernte Himmelskörper mit hoher Leuchtkraft. Sie bilden das Zentrum sehr energiereicher Galaxien. Diese Energie stammt möglicherweise von einem massiven Schwarzen Loch.

Raumdimension heißt jede der drei Dimensionen der Raumzeit, die raumartig ist. Das ist jede Dimension außer der Zeitdimension.

Raumzeit ist der vierdimensionale Raum, dessen Punkte Ereignisse sind.

Röntgenstrahlen sind für uns unsichtbare elektromagnetische Wellen mit hohem Durchdringungsvermögen.

Ein Roter Riese ist ein sehr großer Stern im Spätstadium der Sternentwicklung.

Der expandierende Raum dehnt alle Lichtwellen während ihrer Ausbreitung. So kommt es zu einer kosmischen Rotverschiebung. Die Rotverschiebung ist der Grund für die Rotfärbung des Sternenlichts.

Ein Schwarzes Loch ist eine Region der Raumzeit, aus der nichts entkommen kann. Die Gravitation ist hier einfach zu stark.

Seti ist die führende Organisation auf der Suche nach außerirdischen Radiosignalen ( Search for Extraterrestrial Intelligence ).

Die Singularität ist ein Punkt in der Raumzeit, an dem die Raumzeitkrümmung unendlich wird.

Sonnenflecken erscheinen etwas dunkler als ihre Umgebung. Sie sind vergleichsweise "kühler".

Zum Sonnensystem gehört die Gesamtheit der die Sonne umkreisenden Planeten, Asteroiden und Kometen. Die heute beobachtbaren Verhältnisse haben sich aus einer rotierenden und schrumpfenden Gaswolke entwickelt.

Nach der speziellen Relativitätstheorie gelten alle Naturgesetze für alle Beobachter, unabhängig davon wie schnell sie sich bewegen.

Ein stationärer Zustand ist ein Zustand, der sich mit der Zeit nicht verändert.

Ein Stern ist ein selbstleuchtender heißer Himmelskörper aus Gas wie z.B. unsere Sonne.

Durch die unterschiedlichen Strahlenarten aus dem Weltraum erhalten wir die vielfältigen Informationen über die Eigenschaften der Himmelskörper. Wir empfangen die gesamte Bandbreite des elektromagnetischen Spektrums.

Strahlung nennen wir die Ausbreitung jeder Art Energie in den Raum. Sie wird von heißen Körpern als Licht und Wärme abgegeben.

Supernova ist eine gewaltige Explosion verbunden mit einem sehr hellen Aufleuchten eines massereichen Sterns.

Ein Teleskop ist ein optisches Gerät zur Vergrößerung weit entfernter Objekte.

Thermonukleare Energie ist die bei der Bildung von Helium aus Deuterium und Tritium frei werdende Energie.

Nach der Unschärfe-Relation lassen sich Ort und Geschwindigkeit eines Teilchens nicht beide mit absoluter Genauigkeit feststellen.

Urknall ist die Singularität am Anfang des Universums. Mit gewaltiger Kraft explodierte der Raum selbst.

Urzeitliches Schwarzes Loch ist ein Schwarzes Loch, das im sehr frühen Universum entstanden ist.

Wasserstoff ist ein Gas und das am einfachsten aufgebaute Element. Es bildet den wesentlichen Bestandteil aller Sterne.

Ein Weißer Zwerg ist ein kollabierter Stern am Ende seines Lebens. Er ist kalt und von großer Dichte.

Die Welle-Teilchen-Dualität besagt, dass sich Wellen manchmal wie Teilchen und Teilchen manchmal wie Wellen verhalten.

Weitere Quellen

( 1 ) Stephen W. Hawking: Eine kurze Geschichte der Zeit. Die Suche nach der Urkraft des Universums. Rowohlt Verlag GmbH, Reinbek bei Hamburg, 1988. ( Aus dem Englischen ).

( 2 ) Robin Kerrod: Mein grosses Buch über die Sterne & Planeten. Neuer Kaiser Verlag, Klagenfurt, 1991. ( Aus dem Englischen ).